(57)【要約】  エンジンの高負荷運転時、初期緩慢燃焼および予混合燃焼のための燃料を連続燃料噴射により燃焼室内に噴射し、その後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルの経過後、拡散燃焼のための燃料を噴射する。また、上記連続燃料噴射での燃料噴射量を拡散燃焼のための燃料噴射量よりも増大させる。上記連続燃料噴射により噴霧の自己干渉冷却作用を生じさせ、着火遅れを促進して予混合燃焼割合を増大させ、スモークの発生を抑制する。それに伴い大量ＥＧＲが可能となり、ＮＯｘの発生量を低減できる。
2011048676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、トルク発生のための燃料噴射である主噴射として、初期緩慢燃焼、予混合燃焼および拡散燃焼のそれぞれに対応する燃料噴射を、互いに独立した多段分割主噴射として順に実行可能な構成とされた燃料噴射弁を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態で且つ上記初期緩慢燃焼開始前の予熱動作を行っていない状態で、上記拡散燃焼を行わせるための燃料噴射の前段階において、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料を、燃料噴射を停止させることなく連続して噴射させることにより、この連続噴射された燃料の吸熱反応によって燃焼室内において噴霧冷却作用を生じさせる燃料噴射制御を行う噴霧冷却制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記噴霧冷却制御手段は、内燃機関の高負荷運転時に、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料を、燃料噴射を停止させることなく連続して噴射させるよう構成されており、内燃機関の低負荷運転時には、上記初期緩慢燃焼を行わせるための燃料噴射終了後、燃料噴射を一旦停止し、その後に、上記予混合燃焼を行わせるための燃料噴射を行うよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記噴霧冷却制御手段は、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるために必要な量の燃料を連続噴射させる期間として、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間として設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記噴霧冷却制御手段は、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるために噴射される燃料の貫徹力に比べて上記拡散燃焼を行わせるために噴射される燃料の貫徹力を低く設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
上記請求項４記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記噴霧冷却制御手段は、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるために噴射される燃料噴射量に比べて上記拡散燃焼を行わせるために噴射される燃料噴射量を少なく設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させる邂逅率低下動作を行いながら、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料を、燃料噴射を停止させることなく連続して噴射させるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
上記請求項６記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記邂逅率低下動作としては、上記排気還流装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行されることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記噴霧冷却制御手段は、上記初期緩慢燃焼から拡散燃焼に亘る燃焼期間において熱発生率が上昇から下降に転じるタイミングがピストンの圧縮上死点よりも遅角側において１箇所のみに存在するように燃料噴射制御を実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項９】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態での排気還流率は２０％以上、好ましくは３０％以上に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１０】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁は、開弁時における燃料噴射率が所定噴射率以下になるよう噴孔径が小径化されたものであることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置に係る。特に、本発明は、排気エミッションの改善を図るための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行うエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めているため、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）が比較的多く排出されることが懸念される。その対策として、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えさせることが知られている（例えば下記の特許文献１および特許文献２を参照）。つまり、気筒内に向けて排気ガスを還流させることによって、気筒内の酸素濃度や酸素密度を低下させる。これにより燃焼室内での燃焼時における燃焼温度（火炎温度）を低下させることでＮＯｘの生成を抑制して、排気エミッションの改善を図るようにしている。【０００３】
一方、上記燃焼室内での燃焼時において、混合気の不完全燃焼が生じた場合、排気ガス中にスモークが発生し、排気エミッションの悪化を招いてしまうことになる。このスモークの発生量を低減する対策として、例えば下記の特許文献３に開示されているように、エンジンの圧縮行程で副噴射を実行し、その後、拡散燃焼状態になるように主噴射を実行することが提案されている。つまり、上記副噴射での燃焼を予混合燃焼とすることで燃焼場での酸素不足の解消を図り、スモークの発生を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４１５号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８４８７号公報
【特許文献３】特開２００１−１９３５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃焼性の改善を目的として、インジェクタから噴射される噴霧の微粒化を図るべく噴孔径を小径化した場合、単位時間当たりにおける燃料噴射量は少なくなる。このため、総燃料噴射量が多く設定されるエンジンの高負荷運転時には、総燃料噴射期間が長くなることになる。尚、噴孔径が小径化されたインジェクタに限らず、一般的な噴孔径を有するインジェクタを搭載したエンジンにおいても、高負荷運転時などのように総燃料噴射量が多く設定される状況では総燃料噴射期間が長くなる。【０００６】
従来の技術にあっては、上記特許文献３に開示されている技術的思想の如く、主噴射を多段階に分割し、燃料噴射１回当たりの燃料噴射量を減量させることにより、スモークの発生は抑制されると考えられていた。【０００７】
しかしながら、上記したように総燃料噴射期間を長く必要とするエンジンの運転状態（例えば上述した微小噴孔径のインジェクタを備えたエンジンの高負荷運転時）において、主噴射を多段階に分割すると、各分割噴射での噴射期間毎に燃料が燃焼することになって、燃焼室内温度が急速に高まっていくことになる。その結果、多段階の分割噴射の途中段階で大規模な拡散燃焼状態に至り、燃焼場での酸素不足によって大量のスモークが発生してしまう可能性がある。【０００８】
図１１は、３回の分割噴射が行われた場合の主噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示している。また、この図１１における熱発生率波形のうち、破線はスモークの発生を十分に抑えることが可能な熱発生率波形である。つまり、スモークの発生を十分に抑えるためには、この破線で示す熱発生率波形を超えないように実際の燃焼時の熱発生率を調整する必要がある。一方、図１１における実線は、エンジンの高負荷運転時（総燃料噴射期間を長く要する運転時）において上記３回の分割噴射が行われた場合の実際の熱発生率波形の一例である。【０００９】
この図１１からも判るように、高負荷運転時に分割噴射が実行されると、各燃料噴射同士の間のインターバル中に燃焼室内での燃焼が進むため、第２回目の燃料噴射開始後には熱発生率が急速に高まり、燃焼室内の温度も急速に上昇することになる。図１１では、この第２回目の燃料噴射開始直後の熱発生率が、破線で示す熱発生率波形（スモークの発生を十分に抑えることが可能な熱発生率波形）を超えている。つまり、早期着火により燃焼が拡大している。そして、その後に噴射される第３回目の燃料噴射では、比較的多量の燃料が拡散燃焼によって燃焼する状況となるため、燃焼場での酸素不足によって大量のスモークが発生してしまうことになる。【００１０】
一方、上述した如くＮＯｘの発生量を抑制するためには、排気ガスの一部を吸気通路に還流させることが有効であるが、ＮＯｘが殆ど発生しない程度にまで排気還流量を増大させた場合（例えばＥＧＲ率を２０％以上に設定した場合）には、この還流される排気ガスの熱によって筒内温度が上昇してしまうことになる。つまり、この吸気通路に還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと呼ぶ場合もある）の温度は、ＥＧＲクーラによる冷却を行ったとしても低下させる温度に限界があり、この高温度のＥＧＲガスが吸気系において増大する状況では筒内温度が大幅に上昇してしまうことになる。【００１１】
このように還流されるＥＧＲガス量を増大させた状況では、上述した分割噴射の場合と同様に、インジェクタから噴射された燃料の燃焼状態として大規模な拡散燃焼状態に至ることになり、燃焼場での酸素不足によって大量のスモークが発生してしまう可能性がある。【００１２】
以上の点を考慮し、本発明の発明者は、排気還流量の増大によってＮＯｘの発生量を抑制した状態において、燃焼室内で予混合燃焼量を増大させれば（予混合燃焼を行う燃料量を増大させれば）、ＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立できることに着目した。【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立できる内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃焼室内での燃焼形態として３種類の燃焼形態（初期緩慢燃焼、予混合燃焼、拡散燃焼）が順に行われる内燃機関に対し、個々の燃焼形態に応じた個別の燃料噴射が可能な燃料噴射弁の燃料噴射動作として、初期緩慢燃焼用の燃料噴射と予混合燃焼用の燃料噴射とを敢えて連続した燃料噴射とすることで、その期間内（連続噴射期間内）に噴射される燃料噴霧内での冷却作用を促進させ、着火遅れの促進によって予混合燃焼の割合を増大させるようにしている。【００１５】
−解決手段−
具体的に、本発明は、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、トルク発生のための燃料噴射である主噴射として、初期緩慢燃焼、予混合燃焼および拡散燃焼のそれぞれに対応する燃料噴射を、互いに独立した多段分割主噴射として順に実行可能な構成とされた燃料噴射弁を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置を前提としている。この内燃機関の燃焼制御装置に対し、上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態で且つ上記初期緩慢燃焼開始前の予熱動作を行っていない状態で、上記拡散燃焼を行わせるための燃料噴射の前段階において、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料を、燃料噴射を停止させることなく連続して噴射させることにより、この連続噴射された燃料の吸熱反応によって燃焼室内において噴霧冷却作用を生じさせる燃料噴射制御を行う噴霧冷却制御手段を備えさせている。【００１６】
上記特定事項により、先ず、初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料を連続して噴射させたことにより、この噴射期間のうちの大部分の期間では、先行して燃焼室内に噴射された燃料が、その後に、後続して燃焼室内に噴射された燃料の吸熱反応によって冷却されることになる。このような後続する燃料による冷却作用（以下、自己干渉冷却作用と呼ぶ場合もある）が継続して行われることで、燃焼室内の燃焼場温度（噴霧が存在する領域での温度）の上昇は抑制されることになる。このため、この噴射期間で噴射された燃料の燃焼形態としては大部分が予混合燃焼となり、燃焼場での酸素不足は生じていないため、スモークの発生を抑制することができる。また、このような自己干渉冷却作用によってスモークの発生を抑制できることから上記排気還流装置によるＥＧＲ率をよりいっそう高く設定する（大量ＥＧＲ：例えばＥＧＲ率を２０％以上にする）ことが可能となる。つまり、ＥＧＲ率を高くしてもスモークが発生しない状況を得ることができ、この大量ＥＧＲに伴ってＮＯｘの発生量も大幅に削減することが可能になる。【００１７】
一方、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料噴射（連続した燃料噴射）が行われた後には、拡散燃焼を行わせるための燃料噴射が実行される。つまり、この燃料の燃焼形態は、噴射後に直ちに燃焼を開始する拡散燃焼となる。この拡散燃焼時においても、上述した如く。初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料噴射での自己干渉冷却作用によって燃焼室内温度の過上昇は抑えられているため、この拡散燃焼時においてもＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立できる。【００１８】
また、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料の連続噴射と、拡散燃焼を行わせるための燃料の噴射との間に燃料噴射停止期間を設けていることで、燃焼期間中における熱発生率のピーク値を低く抑えることができ、燃焼音の抑制を図ることも可能である。【００１９】
内燃機関の負荷に応じて燃料噴射形態を異ならせるための好ましい構成としては以下のものが挙げられる。つまり、内燃機関の高負荷運転時に、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料を、燃料噴射を停止させることなく連続して噴射させるようにする一方、内燃機関の低負荷運転時には、上記初期緩慢燃焼を行わせるための燃料噴射終了後、燃料噴射を一旦停止し、その後に、上記予混合燃焼を行わせるための燃料噴射を行うように上記噴霧冷却制御手段を構成するものである。【００２０】
内燃機関の低負荷運転時には、多段分割噴射を行うことで、熱発生率のピーク値を低く抑え、燃焼音の抑制を図っている。一方、内燃機関の高負荷運転時には、上述した如く、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料を連続して噴射させることによる燃料の冷却作用（自己干渉冷却作用）を継続して行わせることで、燃焼室内の温度上昇を抑制し、予混合燃焼割合を増大させることでスモークの発生の抑制と大量ＥＧＲによるＮＯｘの発生の抑制とを両立するようにしている。【００２１】
燃料噴射期間を設定する構成として好ましくは以下のものが挙げられる。つまり、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるために必要な量の燃料を連続噴射させる期間として、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間として設定するよう上記噴霧冷却制御手段を構成している。【００２２】
このような期間に燃料を噴射して初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるようにしていることで、効果的な自己干渉冷却作用を発揮させることができ、また、噴射期間を進角させた場合に懸念されるＨＣの発生量の増大や、噴射期間を遅角させた場合に懸念される内燃機関のトルク不足を招くこともなくなる。【００２３】
各燃料噴射期間での燃料噴射量を設定する構成として好ましくは以下のものが挙げられる。つまり、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるために噴射される燃料の貫徹力に比べて上記拡散燃焼を行わせるために噴射される燃料の貫徹力を低く設定するよう上記噴霧冷却制御手段を構成している。より具体的には、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるために噴射される燃料噴射量に比べて上記拡散燃焼を行わせるために噴射される燃料噴射量を少なく設定するよう上記噴霧冷却制御手段を構成している。【００２４】
このように各燃料噴射期間での燃料噴射量を設定してそれぞれの貫徹力を異ならせることで、上記拡散燃焼での燃焼場は、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼での燃焼場とは異なる領域となる。このため、拡散燃焼の燃焼場での酸素不足を回避することができ、この拡散燃焼でのスモークの発生をより確実に抑制することができる。【００２５】
スモークおよびＮＯｘの発生を抑制するための補助的な動作として以下の動作を行うことが好ましい。つまり、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させる邂逅率低下動作を行いながら、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼を行わせるための燃料を、燃料噴射を停止させることなく連続して噴射させるようにするものである。【００２６】
ここで、上記「気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率」とは、気筒内において酸素分子と燃料粒子とが所謂「出会う（化学反応を行う）」確率（頻度）であって、この邂逅率が高いほど、気筒内での化学反応が進み、熱発生率の増大に伴って気筒内温度も上昇していくことになる。つまり、上述の如く邂逅率を低下させる動作を行えば、たとえ、気筒内の一部の領域（例えば燃焼室内中央部の狭小領域）における酸素分子の量が少ない場合や燃料粒子の量が多い場合であっても、上記化学反応の進行度は低く、気筒内を低温度（例えば８００Ｋ程度）で燃焼を順次行わせることが可能になる。例えば気筒内の単位容積当たりにおける酸素分子と燃料粒子との衝突回数を抑制したり、酸素分子の運動量を抑制することで上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼が実現できる。【００２７】
このように気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率が低下した状態で初期緩慢燃焼および予混合燃焼が行われるので、単位時間当たりの熱発生量である熱発生率は比較的小さく、これによってもスモークおよびＮＯｘの発生を抑制することが可能となる。【００２８】
上記邂逅率低下動作として好ましくは、上記排気還流装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行されるようにしている。【００２９】
これら動作により、吸気中の酸素濃度を低下させたり、吸気量を低下させたり、気筒内での酸素分子や燃料粒子の運動エネルギを低下させたりすることで、上記邂逅率が効果的に低下し、上記初期緩慢燃焼を容易に実現することが可能になる。【００３０】
また、上記初期緩慢燃焼から拡散燃焼に亘る燃焼期間において熱発生率が上昇から下降に転じるタイミングがピストンの圧縮上死点よりも遅角側において１箇所のみに存在するように噴霧冷却制御手段が燃料噴射制御を実行する構成とすることが好ましい。つまり、各燃焼を連続させることで安定したトルクを得ることができるような燃料噴射制御を実行するものである。【００３１】
また、上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態での排気還流率は２０％以上、好ましくは３０％以上に設定されている。このように比較的高い排気還流率とすることでＮＯｘの発生量を大幅に削減することが可能となる。【００３２】
更に、上記燃料噴射弁は、開弁時における燃料噴射率が所定噴射率以下になるよう噴孔径が小径化されたものであることが好ましい。このように噴孔径を小径化した場合、噴霧が微粒化されることによって燃焼性が改善し、例えばＨＣの発生量を抑制することができる。但し、燃料噴射期間の長期化を招く可能性がある。この場合に、上述した如く自己干渉冷却作用が得られるような燃料噴射制御を行うことで、着火遅れの促進によって予混合燃焼の割合を増大させることができ、ＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立することが可能になる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明では、初期緩慢燃焼用の燃料噴射と予混合燃焼用の燃料噴射とを連続した燃料噴射とすることで、その期間内に噴射される燃料噴霧内での冷却作用を促進させ、着火遅れの促進によって予混合燃焼の割合を増大させるようにしている。これにより、ＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立することが可能になり、排気エミッションの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。
【図２】図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
【図３】図３は、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、エンジンの低負荷運転時における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示す図である。
【図５】図５は、エンジンの高負荷運転時における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示す図である。
【図６】図６は、各分割メイン噴射が実施された際の燃焼場のガス温度と当量比との変化を表すφＴマップであって、エンジンの低負荷運転時の変化を示す図である。
【図７】図７は、各分割メイン噴射が実施された際の燃焼場のガス温度と当量比との変化を表すφＴマップであって、エンジンの高負荷運転時の変化を示す図である。
【図８】図８は、エンジンの低負荷運転時における各燃焼における燃焼室内での燃焼場を示すピストン上部の断面図である。
【図９】図９は、エンジンの高負荷運転時における各燃焼における燃焼室内での燃焼場を示すピストン上部の断面図である。
【図１０】図１０は、燃料噴射形態変更制御の手順を示すフローチャート図である。
【図１１】図１１は、従来例において、３回の分割噴射が行われた場合のメイン噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００３６】
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部を示す断面図である。
【００３７】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００３８】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。
【００３９】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
【００４０】
また、本実施形態におけるインジェクタ２３は、周方向に均等間隔で１０個の噴孔（図示省略）を備えていると共に、各噴孔径は一般的なインジェクタの噴孔径に対して小径化されている。これは、噴霧を微粒化することによって燃焼性を改善し、例えばＨＣの発生量を抑制するための構成である。このような構成とした場合、インジェクタ２３の開弁時における単位時間当たりの燃料噴射量（燃料噴射率）は小さくなっている。具体的には、一般的なインジェクタの噴孔径が０．１２ｍｍであるのに対し、本実施形態におけるインジェクタ２３の噴孔径は０．０９ｍｍとなっている。この値はこれに限定されるものではない。尚、このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
【００４１】
また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁２４が備えられている。
【００４２】
また、上記燃料添加弁２６は、後述するＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。
【００４３】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ（吸気絞り弁）６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
【００４４】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５およびＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。以下、これらＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
【００４５】
ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。
【００４６】
このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記燃料添加弁２６からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。
【００４７】
一方、ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００４８】
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００４９】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００５０】
尚、このキャビティ１３ｂの形状としては、その中央部分（シリンダ中心線Ｐ上）では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図２に示すようにピストン１３が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ１３ｂによって形成される燃焼室３としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される（拡大空間とされる）構成となっている。
【００５１】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００５２】
上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６および排気バルブ１７はシリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
【００５３】
更に、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００５４】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００５５】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００５６】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００５７】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２の上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。
【００５８】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００５９】
以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。
【００６０】
入力インターフェース１０５には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、および、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、上記インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、および、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
【００６１】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度を制御し、吸気マニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。このＥＧＲ量は、上記ＲＯＭ１０２に予め記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。具体的に、このＥＧＲマップは、エンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を決定するためのマップであって、排気系へのＮＯｘ排出量を低減できるＥＧＲ量を設定するためのものである。尚、このＥＧＲマップは、予め実験やシミュレーション等によって作成されたものとなっている。つまり、上記クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されたエンジン回転数およびスロットル開度センサ４２によって検出されたスロットルバルブ６２の開度（エンジン負荷に相当）とをＥＧＲマップに当て嵌めることでＥＧＲ量（ＥＧＲバルブ８１の開度）が得られるようになっている。そして、特に、本実施形態に係るエンジン１にあってはＥＧＲ量が比較的多く設定されている。具体的には、エンジン１の負荷状態に関わりなく、常に２０％以上のＥＧＲ率となるＥＧＲバルブ８１の開度が得られるように上記ＥＧＲマップが作成され、上記ＲＯＭ１０２に記憶されている。
【００６２】
さらに、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御を実行する。このインジェクタ２３の燃料噴射制御として、本実施形態では、従来の一般的なディーゼルエンジンにおいて実行される、パイロット噴射、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射等の副噴射は実行せず、エンジントルクを得るためのメイン噴射のみが実行されるようになっている。つまり、パイロット噴射やプレ噴射を実行しないことで、メイン噴射が開始されるまでの予熱動作は行われないようにしている。
【００６３】
このメイン噴射での総燃料噴射量は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求トルクを得るために必要な燃料噴射量として設定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られる。
【００６４】
−燃料噴射圧−
上記メイン燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭ１０２に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ２３の開弁期間（噴射率波形）が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。尚、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。
【００６５】
上記メイン噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
【００６６】
例えば、上記ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。また、ＥＣＵ１００はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルへの踏み込み量（アクセル開度）を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて総メイン噴射量（メイン噴射での噴射量）を決定する。
【００６７】
−分割メイン噴射−
ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量およびスモーク発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼室３内での燃焼形態を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この燃焼形態をコントロールするための手法として以下に述べるような分割メイン噴射による燃料噴射手法を見出した。以下、具体的に説明する。
【００６８】
本実施形態では、エンジン負荷に応じて上記メイン噴射の噴射形態を変更するようにしている。具体的に、エンジン１の低負荷運転時においては、上記メイン噴射の噴射形態として３回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量（要求トルクを得るための総燃料噴射量）を確保している。
【００６９】
一方、エンジン１の中負荷運転時および高負荷運転時においては、上記メイン噴射の噴射形態として２回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量（要求トルクを得るための総燃料噴射量）を確保している。
【００７０】
つまり、エンジン１の負荷に応じて、メイン噴射の分割数、各分割メイン噴射それぞれにおける噴射タイミング（燃料噴射を開始するタイミング）とその噴射期間（分割メイン噴射１回当たりの噴射量に相関がある）を設定することで、各分割メイン噴射で噴射された燃料（噴霧）の燃焼形態を互いに異ならせるようにしている。
【００７１】
尚、本実施形態でいう高負荷運転時とは、排気エミッションの改善を図る運転領域の範囲内においてエンジン負荷が比較的高い領域を意味している。つまり、排気エミッションを考慮することなくドライバが要求するトルクを出力する運転領域よりもエンジン負荷が低い領域である。
【００７２】
そして、本実施形態において特徴とする分割メイン噴射は、上記エンジン１の中負荷運転時および高負荷運転時における分割メイン噴射（２つに分割した分割メイン噴射）にある。これら各負荷時における噴射形態の詳細については後述する。
【００７３】
本実施形態における燃焼室３内での燃焼過程中における燃焼形態の概略は以下のとおりである。この燃焼形態では、同一燃焼過程中に、初期緩慢燃焼（初期低温燃焼とも呼ばれ、比較的燃焼速度が低い燃焼形態をいう）、予混合燃焼、拡散燃焼が順に行われる。言い換えると、同一燃焼過程中に、初期緩慢燃焼および拡散燃焼が行われ、更には、これら初期緩慢燃焼と拡散燃焼との間を予混合燃焼により繋ぐことで、互いに異なる３形態の燃焼が連続して行われるようになっている。つまり、第１段階の燃焼である初期緩慢燃焼と第３段階の燃焼である拡散燃焼との間に、第２段階の燃焼である予混合燃焼を介在させることで、これら互いに異なる燃焼形態の連続性を実現している。
【００７４】
より具体的に、上記第１段階の燃焼である初期緩慢燃焼は、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させる邂逅率低下動作を行いながら燃料が噴射されることによって実施され、この燃料の燃焼によって気筒内で燃料が順次燃焼していく。具体的には、気筒内温度が７５０Ｋ以上で９００Ｋ未満の範囲にあるときの所定期間を初期燃焼用燃料噴射期間として設定して緩慢燃焼用メイン噴射を行って上記初期緩慢燃焼を行わせる。尚、上述した如く「初期燃焼用燃料噴射期間」における気筒内温度の上限値は、気筒内での噴霧状態に応じて適宜設定することが可能な値であり、また、大量ＥＧＲによって高くなる場合もあるため、この値は９００Ｋには限定されず、９５０Ｋや１０００Ｋ等となる場合もある（以下では９００Ｋの場合を代表して説明する）。
【００７５】
また、第２段階の燃焼である予混合燃焼は、上記初期緩慢燃焼の開始後、気筒内の温度が、拡散燃焼に至る所定の拡散燃焼開始温度（例えば９００Ｋ）未満であるときに燃料噴射が行われることによる燃焼である。具体的には、上記初期緩慢燃焼の燃焼場温度が８００Ｋ以上で９００Ｋ未満の範囲にあるときの所定期間を予混合燃焼用燃料噴射期間として設定して予混合燃焼用メイン噴射を行って上記予混合燃焼を行わせる。
【００７６】
そして、エンジン１の低負荷運転時では、上記初期緩慢燃焼を行わせるための初期燃焼用燃料噴射期間と予混合燃焼を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射期間とはそれぞれ独立した燃料噴射期間として設定される。つまり、初期緩慢燃焼を行わせるための初期燃焼用燃料噴射期間での燃料噴射が行われた後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルを経過した後に、予混合燃焼を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射期間での燃料噴射が行われることになる。
【００７７】
これに対し、エンジン１の中負荷運転時および高負荷運転時には、上記初期緩慢燃焼を行わせるための初期燃焼用燃料噴射期間と予混合燃焼を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射期間とは連続した噴射期間として設定される。つまり、初期緩慢燃焼を行わせるための初期燃焼用燃料噴射期間での燃料噴射と予混合燃焼を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射期間での燃料噴射とが、燃料噴射を停止することなく継続（連続）されるようにしている。この連続噴射を行う理由については後述する。
【００７８】
更に、第３段階の燃焼である拡散燃焼は、上記予混合燃焼の開始後、この予混合燃焼によって気筒内の温度が上記拡散燃焼開始温度以上であるときに燃料噴射が行われることによる燃焼である。具体的には、上記予混合燃焼の燃焼場温度が９００Ｋに達した直後の所定期間を拡散燃焼用燃料噴射期間として設定して拡散燃焼用メイン噴射を行って上記拡散燃焼を行わせる。
【００７９】
更に、各燃焼形態を実現するためのそれぞれの燃料噴射量として、エンジン１の低負荷運転時にあっては、第１段階の燃焼である初期緩慢燃焼を行うための緩慢燃焼用メイン噴射に比べて、第２段階の燃焼である予混合燃焼を行うための予混合燃焼用メイン噴射での燃料噴射量を多く設定している。また、第２段階の燃焼である予混合燃焼を行うための予混合燃焼用メイン噴射に比べて、第３段階の燃焼である拡散燃焼を行うための拡散燃焼用メイン噴射での燃料噴射量を多く設定している。これにより、緩慢燃焼用メイン噴射で噴射される燃料の貫徹力に比べて予混合燃焼用メイン噴射で噴射される燃料の貫徹力を高く設定し、且つ予混合燃焼用メイン噴射で噴射される燃料の貫徹力に比べて拡散燃焼用メイン噴射で噴射される燃料の貫徹力を高く設定している。この貫徹力の詳細については後述する。
【００８０】
これに対し、エンジン１の中負荷運転時および高負荷運転時にあっては、連続噴射される緩慢燃焼用メイン噴射と予混合燃焼用メイン噴射との総燃料噴射量に対して、拡散燃焼用メイン噴射での燃料噴射量を少なく設定している。これにより、連続噴射される緩慢燃焼用メイン噴射および予混合燃焼用メイン噴射で噴射される燃料の貫徹力に比べて拡散燃焼用メイン噴射で噴射される燃料の貫徹力を低く設定している。この緩慢燃焼用メイン噴射と予混合燃焼用メイン噴射との総燃料噴射量と、拡散燃焼用メイン噴射での燃料噴射量との比は、例えば「７：１」に設定される。この値はこれに限定されるものではない。
【００８１】
以下、各負荷状態における燃料噴射形態およびそれに伴う燃焼室３内での燃焼形態について個別に説明する。
【００８２】
図４は、エンジン１の低負荷運転時であってメイン噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示している。また、図５は、エンジン１の高負荷運転時であってメイン噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示している。
【００８３】
これら図４および図５における熱発生率の変化を示す波形では横軸をクランク角度とし縦軸を熱発生率としている。また、各図における燃料噴射パターンの波形では横軸をクランク角度とし縦軸を噴射率（インジェクタ２３に備えられたニードルの後退移動量に相当）としている。図中のＴＤＣはピストン１３の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。
【００８４】
尚、中負荷運転時における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンは、上記高負荷運転時のものに対して燃料噴射が少量に設定され（緩慢燃焼用メイン噴射と予混合燃焼用メイン噴射とを連続噴射により行うことは高負荷運転時と同じである）、それに伴って熱発生率も高負荷運転時に比べて小さくなるだけであるので、ここでの説明は省略する。
【００８５】
また、図６は、エンジン１の低負荷運転時に、各燃料噴射期間において燃料が噴射された領域である燃焼場（例えば１０個の噴射孔を有するインジェクタ２３の場合には燃焼室３内（より具体的にはキャビティ１３ｂ内）における１０箇所の燃焼場それぞれ）でのガス温度と、その燃焼場における当量比との変化を示すマップ（一般にφＴマップと呼ばれる）である。つまり、図４に示す燃料噴射パターンでメイン噴射（各分割メイン噴射）が実行された場合における上記第１段階の燃焼である初期緩慢燃焼を行うための緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場、第２段階の燃焼である予混合燃焼を行うための予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場、および、第３段階の燃焼である拡散燃焼を行うための拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場それぞれにおける燃焼場環境（燃焼場のガス温度および当量比）の変化を矢印で示している。
【００８６】
一方、図７は、エンジン１の高負荷運転時に、各燃料噴射期間において燃料が噴射された領域である燃焼場でのガス温度と、その燃焼場における当量比との変化を示すφＴマップである。つまり、図５に示す燃料噴射パターンでメイン噴射（各分割メイン噴射）が実行された場合に、連続噴射される緩慢燃焼用メイン噴射および予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場、並びに、拡散燃焼を行うための拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場それぞれにおける燃焼場環境（燃焼場のガス温度および当量比）の変化を矢印で示している。
【００８７】
これら図６および図７において、燃焼場環境が図中のスモーク発生領域に達した場合には排気中にスモークが発生することになる。このスモーク発生領域は、燃焼場ガス温度が比較的高く且つ燃焼場の当量比がリッチ側の領域である。また、燃焼場環境が図中のＮＯｘ発生領域に達した場合には排気中にＮＯｘが発生することになる。このＮＯｘ発生領域は、燃焼場ガス温度が比較的高く且つ燃焼場の当量比がリーン側の領域である。また、図６および図７に示すＸ領域は排気ガス中にＨＣが発生しやすい領域であり、Ｙ領域は排気ガス中にＣＯが発生しやすい領域である。
【００８８】
以下、各分割メイン噴射の噴射形態を、低負荷運転時、高負荷運転時それぞれについて説明する。尚、低負荷運転時における総メイン噴射量としては例えば１８ｍｍ3に設定され、高負荷運転時における総メイン噴射量としては例えば４０ｍｍ3に設定される。尚、中負荷運転時における総メイン噴射量としては例えば３０ｍｍ3に設定される。これら値はこれに限定されるものではない。
【００８９】
（低負荷運転時）
図４に示すように、エンジン１の低負荷運転時における各分割メイン噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で噴射を完了している。
【００９０】
先ず、緩慢燃焼用メイン噴射は、各分割メイン噴射のうち最も進角側のメイン噴射である。予混合燃焼用メイン噴射は、上記緩慢燃焼用メイン噴射よりも遅角側のメイン噴射であって、この緩慢燃焼用メイン噴射での噴射量よりも多く設定されている。拡散燃焼用メイン噴射は、上記予混合燃焼用メイン噴射よりも更に遅角側のメイン噴射であって、この予混合燃焼用メイン噴射での噴射量よりも更に多く設定されている。これら分割メイン噴射の噴射量については後述する。
【００９１】
これら緩慢燃焼用メイン噴射と予混合燃焼用メイン噴射との間、予混合燃焼用メイン噴射と拡散燃焼用メイン噴射との間にはそれぞれ所定のインターバルが設けられる。つまり、緩慢燃焼用メイン噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止（インジェクタ２３を遮断）し、所定のインターバルを経た後に予混合燃焼用メイン噴射が開始される。また、予混合燃焼用メイン噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止（インジェクタ２３を遮断）し、所定のインターバルを経た後に拡散燃焼用メイン噴射が開始される。このインターバルとしては、噴霧冷却可能なインターバルとして例えば最短閉弁期間（インジェクタ２３の性能によって決定され、インジェクタ２３が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間：例えば２００μｓ）として設定される。より具体的には、上記拡散燃焼用メイン噴射の開始タイミングが、上記予混合燃焼の開始タイミングに略同期するように上記インターバルは設定されている。この分割メイン噴射のインターバルは上記値に限定されるものではなく、後述するように、各燃焼での機能が発揮されるように適宜設定される。
【００９２】
＜緩慢燃焼用メイン噴射＞
図４に示すように、上記低負荷運転時の緩慢燃焼用メイン噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側（例えばＢＴＤＣ２０°）で噴射を開始している。このタイミングで緩慢燃焼用メイン噴射を開始することにより、上述したように、ピストン１３が圧縮上死点（ＴＤＣ）に達する前段階から緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼（初期緩慢燃焼）が開始される。この低負荷運転時の緩慢燃焼用メイン噴射における燃料噴射量（インジェクタ２３の開弁期間に相当）は例えば５ｍｍ3に設定されている。この値はこれに限定されるものではない。このように、緩慢燃焼用メイン噴射では、燃料噴射量が少ないため、その燃料の貫徹力は比較的低く、燃焼室３内の中央部分で上記初期緩慢燃焼が行われることになる。例えば図８（ピストン上部の右側半分を示す断面図）における領域αで示す比較的狭小な領域で上記初期緩慢燃焼が行われることになる。
【００９３】
また、この緩慢燃焼用メイン噴射の噴射期間では、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させるための邂逅率低下動作が行われる。この邂逅率低下動作としては、上記ＥＧＲ装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行される。特に、上記吸気系における吸気絞り動作としては、上記吸気系に配設された上記スロットルバルブ６２による吸気絞り動作、ターボチャージャ５による過給低減動作、吸気系に配設された図示しないＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）の吸気絞り動作等が挙げられる。また、上記気筒内温度を低下させる動作としては、インタークーラ６１やＥＧＲクーラ８２の冷却能力を高める動作、気筒内の圧縮比を低下させる動作等が挙げられる。
【００９４】
例えばＥＧＲ装置による排気還流動作が単独で行われる場合には例えば目標ＥＧＲ率を３０％に設定してＥＧＲバルブ８１の開度が制御される。また、吸気絞り動作が単独で行われる場合にはスロットルバルブ６２の開度が例えば７５％まで絞られる。更に、上述した上記ＥＧＲクーラ８２の冷却能力やインタークーラ６１の冷却能力を高めるといった気筒内温度を低下させる動作を行った場合、気筒内の酸素分子や燃料粒子の運動エネルギが低下することになり、上記邂逅率が効果的に低下する。尚、上述した各値はこれに限定されるものではない。
【００９５】
このような邂逅率低下動作が行われながら緩慢燃焼用メイン噴射が実行されるため、この緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼としては、気筒内温度が比較的低い温度（例えば８００Ｋ程度）で行われ、熱発生率が低く推移した状態での燃焼となる。このため、熱発生率の急上昇に伴うＮＯｘ発生量の増大や燃焼音の増大を招くことなしに、気筒内の温度を徐々に上昇（例えば８５０Ｋ程度まで上昇）させていくことになる。また、仮に、この緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の噴射領域（上記領域α）の空燃比がリッチとなっていても、上述した如く緩慢燃焼（低温燃焼）であるため、その噴射領域はスモーク発生温度には到達せず、スモークの発生も抑えられている（図６の初期緩慢燃焼を参照）。
【００９６】
尚、緩慢燃焼用メイン噴射での噴射量（インジェクタ２３の開弁期間に相当）については、例えば実験やシミュレーションによって設定される。
【００９７】
＜予混合燃焼用メイン噴射＞
上記予混合燃焼用メイン噴射は、上記緩慢燃焼用メイン噴射によって噴射された燃料が燃焼（初期緩慢燃焼）を開始した後、その緩慢燃焼による熱発生率が最大値（ピーク値）に達したタイミング付近、または、この熱発生率が最大値に達する手前で燃料噴射が開始される。例えばＢＴＤＣ１５°付近で噴射が開始される。つまり、上記緩慢燃焼用メイン噴射での燃料噴射量は比較的少ないため、その初期緩慢燃焼による熱発生率のピーク値も比較的低く、この熱発生率がピーク値を超えると、徐々に熱発生率が低下することになるが、予混合燃焼用メイン噴射は、この初期緩慢燃焼による熱発生率がピーク値を超える前に噴射が開始され、この初期緩慢燃焼によって得られている気筒内の熱量を利用して燃焼を行うようにしている。
【００９８】
この予混合燃焼用メイン噴射における燃料噴射量は例えば６ｍｍ3に設定されている。この値はこれに限定されるものではない。このように、予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は、緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料よりも貫徹力が高くなっているため、この緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場（初期緩慢燃焼の燃焼場）を通過し、この際、この燃焼場の熱を受けて温度上昇することになる。ところが、気筒内温度は、未だ比較的低い（８５０Ｋ程度である）ため、予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は拡散燃焼には至らず、予混合燃焼となる。つまり、この予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料と気筒内の空気とが攪拌され、その空気過剰率が略「１」となった領域から燃焼が開始されていくことになる。例えば図８における領域βで示す領域で上記予混合燃焼が行われることになる。
【００９９】
このような予混合燃焼が行われるため、この予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼（予混合燃焼）では、十分な酸素量が確保された領域での燃焼となるため、スモークの発生量は大幅に削減される。
【０１００】
尚、予混合燃焼用メイン噴射での噴射量についても、例えば実験やシミュレーションによって設定される。
【０１０１】
＜拡散燃焼用メイン噴射＞
上記拡散燃焼用メイン噴射は、上記予混合燃焼用メイン噴射によって噴射された燃料が燃焼（予混合燃焼）した後、気筒内温度が拡散燃焼可能な温度（９００Ｋ）を超えたタイミングで燃料噴射が開始される。例えばＴＤＣ直前で噴射が行われる。つまり、この拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は、その噴射の直後に順次燃焼していくといった拡散燃焼となる。
【０１０２】
この拡散燃焼用メイン噴射における燃料噴射量は例えば７ｍｍ3に設定されている。この値はこれに限定されるものではない。このように、拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は、予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料よりも貫徹力が高くなっているため、上記緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場（図８にαで示す領域）および上記予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場（図８にβで示す領域）を通過し、この際、これら燃焼場の熱を受けて温度上昇しながら、燃焼室３内の比較的広い空間（上記キャビティ１３ｂ内の外周側空間：図８においてγで示す領域）に達しており、この部分では、上記ＥＧＲ装置によって還流された排気ガスによる燃焼温度低減効果が十分に発揮される。このため、ＮＯｘ発生量の増大や燃焼音の増大を招くことなしに、拡散燃焼が行われることになる。尚、図８における領域δは、拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料が、キャビティ１３ｂの内壁面に沿うように発生している気流によって気筒内中央側へ戻されながら燃焼を行う領域である。
【０１０３】
尚、上記説明では、初期緩慢燃焼の燃焼場を図８の領域αとし、予混合燃焼の燃焼場を図８の領域βとし、拡散燃焼の燃焼場を図８の領域γとして、それぞれの領域が互いに独立している場合について説明したが、これら領域同士の一部分が重なり合う場合もある。
【０１０４】
また、この拡散燃焼用メイン噴射での燃料噴射量は比較的多いため、その噴射開始初期時には、その噴射された燃料の吸熱反応により上記予混合燃焼の燃焼場が冷却されることになって、この予混合燃焼での熱発生率の急峻さが緩和されることになる。つまり、この予混合燃焼での燃焼音の増大やＮＯｘ発生を抑制することができている。この効果を得るための好ましい拡散燃焼用メイン噴射の噴射タイミングとしては、この拡散燃焼用メイン噴射の開始タイミングを、上記予混合燃焼の開始タイミング（着火タイミング）に略同期させ、この拡散燃焼用メイン噴射の終了タイミングを、上記予混合燃焼における熱発生率が最大となるタイミングに略同期させることが挙げられる。
【０１０５】
また、この拡散燃焼用メイン噴射での燃焼は、拡散燃焼であるため、その燃料噴射タイミングを制御すれば、その燃焼における熱発生率のピークタイミングを制御することが可能である。以下、具体的に説明する。
【０１０６】
上記予混合燃焼によって気筒内の予熱が十分に行われているため、この状態で拡散燃焼用メイン噴射が開始された場合、この拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は、直ちに自着火温度以上の温度環境下に晒されて熱分解が進み、噴射後は直ちに燃焼が開始されることになる。
【０１０７】
具体的に、ディーゼルエンジンにおける燃料の着火遅れとしては、物理的遅れと化学的遅れとがある。物理的遅れは、燃料液滴の蒸発・混合に要する時間であり、燃焼場のガス温度に左右される。一方、化学的遅れは、燃料蒸気の化学的結合・分解かつ酸化発熱に要する時間である。そして、上述した如く気筒内の予熱が十分になされている状況では上記物理的遅れを最小限に抑えることができ、その結果、着火遅れも最小限に抑えられることになる。
【０１０８】
従って、上記拡散燃焼用メイン噴射によって噴射された燃料の燃焼形態としては、大部分が拡散燃焼となる。その結果、この拡散燃焼用メイン噴射の燃料噴射タイミングを制御することがそのまま拡散燃焼の燃焼タイミングや熱発生率のピークタイミングを制御することに略等しくなり、燃焼の制御性を大幅に改善することができる。つまり、この拡散燃焼による熱発生率波形の制御によって燃焼の制御性を大幅に改善することが可能になる。例えば、ＢＴＤＣ８°付近で噴射を開始することにより、ＴＤＣ付近から拡散燃焼を開始させ、ＡＴＤＣ１０°で拡散燃焼での熱発生率のピークタイミングを迎えることが可能になる。
【０１０９】
尚、拡散燃焼用メイン噴射での噴射量についても、例えば実験やシミュレーションによって設定される。
【０１１０】
＜貫徹力について＞
次に、上記各メイン噴射において噴射される燃料の貫徹力について具体的に説明する。上記インジェクタ２３では、噴射指令信号を受けて燃料噴射が開始されると、噴射孔を閉塞しているニードルが噴射孔から後退していくことで噴射孔の開口面積を次第に増大させていく。そして、ニードルが最後退位置まで移動すると噴射孔の開口面積は最大となる。ところが、このニードルが最後退位置に達するまでに噴射指令信号が解除されると（閉弁指令を受けると）、後退移動している途中でニードルは閉弁方向に向かって前進することになる。つまり、この場合、噴射孔の開口面積は最大となることなく燃料噴射を終了することになる。このため、噴射期間が長く設定されるほど噴射孔の開口面積としては大きく得られることになる。
【０１１１】
そして、上記噴射孔の開口面積は、その噴射孔から噴射される燃料（噴霧）の飛行距離に相関がある。つまり、噴射孔の開口面積が大きい状態で燃料が噴射された場合には、噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も大きいため運動エネルギも大きく（貫徹力（ペネトレーション）が大きく）なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離は長くなる。一方、噴射孔の開口面積が小さい状態で燃料が噴射された場合には、この噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も小さいため運動エネルギも小さく（貫徹力（ペネトレーション）が小さく）なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離も短い。
【０１１２】
そして、上述した如く、インジェクタ２３の開弁期間が比較的長く設定された場合（言い換えると、メイン噴射１回当たりの噴射量が比較的多く設定された場合）には、ニードルが最後退位置まで移動することになって噴射孔の開口面積は最大となるので、この場合の燃料の液滴の飛行距離は長くなる。つまり、インジェクタ２３から噴射された燃料の大部分は上記キャビティ１３ｂの外周端付近まで飛行可能な状態となる。
【０１１３】
一方、インジェクタ２３の開弁期間が比較的短く設定された場合（言い換えると、メイン噴射１回当たりの噴射量が比較的少なく設定された場合）には、ニードルが最後退位置まで移動することがなく噴射孔の開口面積は小さいため、この場合の燃料の液滴の飛行距離は短くなる。つまり、インジェクタ２３から噴射された燃料の大部分は上記キャビティ１３ｂの中央部付近までしか飛行できない状態となる。
【０１１４】
このように、インジェクタ２３の開弁期間によって決まる噴射孔の開口面積と、その噴射孔から噴射される燃料（噴霧）の飛行距離とには相関がある。このため、インジェクタ２３の開弁期間を調整することによって燃料の飛行距離を調整することが可能である。言い換えると、メイン噴射１回当たりの噴射量によって決まる噴射孔の開口面積と、その噴射孔から噴射される燃料（噴霧）の飛行距離とには相関がある。このため、メイン噴射１回当たりの噴射量を規定することによって燃料の飛行距離を規定することが可能である。
【０１１５】
そこで、本実施形態では、エンジン１の低負荷運転時にあっては、緩慢燃焼用メイン噴射での噴射期間に比べて予混合燃焼用メイン噴射での噴射期間を長くし、また、予混合燃焼用メイン噴射での噴射期間に比べて拡散燃焼用メイン噴射での噴射期間を長く設定している。このため、緩慢燃焼用メイン噴射での燃料噴射量に比べて予混合燃焼用メイン噴射での燃料噴射量が多くなり、且つ貫徹力も高くなる。また、予混合燃焼用メイン噴射での燃料噴射量に比べて拡散燃焼用メイン噴射での燃料噴射量が多くなり、且つ貫徹力も高くなる。
【０１１６】
このため、上述した如く、緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場は、キャビティ１３ｂの内周部分の比較的狭小エリアで形成されることになる（図８における領域α）。また、予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場は、上記緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場の外周側に形成されることになる（図８における領域β）。更に、拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場は、キャビティ１３ｂの外周部分の比較的拡大されたエリアで形成されることになる（図８における領域γ）。
【０１１７】
このため、上述した如く、予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は、緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場、つまり、上記初期緩慢燃焼が行われている燃焼場を通過し、その際、この燃焼場から熱量を受けて上記予混合燃焼に至ることになる。また、拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は、緩慢燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場だけでなく予混合燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場、つまり、上記予混合燃焼が行われている燃焼場を通過し、その際、この燃焼場から熱量を受けて上記拡散燃焼に至ることになる。
【０１１８】
以上のようなメイン噴射実行時における燃焼場環境の変化について図６を用いて説明する。上述した如く図６は、燃焼場のガス温度と燃焼場の当量比との変化を示すマップである。
【０１１９】
この図６に示すように、緩慢燃焼用メイン噴射が開始（図６における点Ａ）された場合、燃料噴射量が比較的少ないため燃焼場の当量比は殆ど変化せず、その燃料の燃焼（初期緩慢燃焼）によって燃焼場ガス温度が僅かに上昇していく。この初期緩慢燃焼では、上述した如く、燃焼場環境がスモーク発生領域やＮＯｘ発生領域に達することはない。
【０１２０】
その後、予混合燃焼用メイン噴射が開始されると（図６における点Ｂ：初期緩慢燃焼の燃焼場の熱を受けることで、ガス温度としては点Ｂまで上昇した状態から予混合燃焼を開始する）、上記予混合燃焼に伴って燃焼場の当量比がリッチ側に移行すると共にその燃料の燃焼によって燃焼場ガス温度が上昇していく。この際、燃焼場の温度は上記拡散燃焼可能温度（９００Ｋ）程度まで上昇することになる。この予混合燃焼においても、燃焼場環境がスモーク発生領域やＮＯｘ発生領域に達することはない。
【０１２１】
そして、拡散燃焼用メイン噴射が開始されると（図６における点Ｃ：予混合燃焼の燃焼場の熱を受けることで、ガス温度としては点Ｃまで上昇した状態から拡散燃焼を開始する）、気筒内では拡散燃焼が開始され、燃焼場の当量比がリッチ側に移行すると共にその燃料の燃焼によって燃焼場ガス温度が上昇する。この場合の拡散燃焼も、燃焼場環境がスモーク発生領域やＮＯｘ発生領域に達することはない。
【０１２２】
そして、この拡散燃焼の後半は、当量比が上昇することになるが、図６に示す如く燃焼場環境はＹ領域（ＣＯ領域）となっており、ＮＯｘやスモークの発生は抑えられる。
【０１２３】
（高負荷運転時）
次に、エンジン１の高負荷運転時における燃焼形態について説明する。
【０１２４】
総燃料噴射量が多く設定されるエンジン１の高負荷運転時に、上述した低負荷運転時と同様の３回の分割メイン噴射を行うと、総燃料噴射期間を長く必要とすることから各噴射期間毎に燃焼室３内に噴射される燃料が燃焼することになり、且つインターバル（燃料噴射が停止している期間）中にその燃焼が進むことになる。そのため、燃焼室３内の温度が急速に高まっていき、十分な予混合燃焼が行えなくなる可能性がある。
【０１２５】
この点に鑑み、本実施形態では、高負荷運転時にあっては、上述した如く、２回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量（要求トルクを得るための総燃料噴射量）を確保し、且つ上記初期緩慢燃焼を行わせるための初期燃焼用燃料噴射期間（上記緩慢燃焼用メイン噴射の噴射期間）と予混合燃焼を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射期間（上記予混合燃焼用メイン噴射の噴射期間）とを連続した噴射期間として設定している。つまり、初期緩慢燃焼を行わせるための初期燃焼用燃料噴射期間での燃料噴射と予混合燃焼を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射期間での燃料噴射とが、燃料噴射を停止することなく継続されるようにしている（噴霧冷却制御手段による燃料噴射制御動作）。以下、具体的に説明する。
【０１２６】
図５に示すように、エンジン１の高負荷運転時における各分割メイン噴射は、緩慢燃焼用メイン噴射と予混合燃焼用メイン噴射とが連続して行われる初期連続メイン噴射と、上記拡散燃焼用メイン噴射とによって行われる。そして、初期連続メイン噴射は、噴射開始時点がピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）に設定され、噴射終了時点がピストン１３の圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）に設定されている。例えば圧縮上死点前１５°（ＢＴＤＣ１５°）で噴射が開始され、圧縮上死点後２０°（ＡＴＤＣ２０°）で噴射が終了するようになっている。これら値はこれに限定されるものではない。従って、拡散燃焼用メイン噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で噴射が行われることになる。
【０１２７】
また、上述した如く、初期連続メイン噴射での燃料噴射量は拡散燃焼用メイン噴射での燃料噴射量よりも多く設定されている。この高負荷運転時における総燃料噴射量が４０ｍｍ3である場合、初期連続メイン噴射での燃料噴射量は３５ｍｍ3に、拡散燃焼用メイン噴射での燃料噴射量は５ｍｍ3にそれぞれ設定される。これら値はこれに限定されるものではない。
【０１２８】
これら初期連続メイン噴射と拡散燃焼用メイン噴射との間には所定のインターバルが設けられる。つまり、初期連続メイン噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止（インジェクタ２３を遮断）し、所定のインターバルを経た後に拡散燃焼用メイン噴射が開始される。このインターバルとしては、例えば最短閉弁期間（インジェクタ２３の性能によって決定され、インジェクタ２３が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間：例えば２００μｓ）として設定される。この分割メイン噴射のインターバルは上記値に限定されるものではなく、後述するように、各燃焼での機能が発揮されるように適宜設定される。例えば、初期連続メイン噴射の噴射期間としては、クランク角度において２０°〜４５°の範囲内の期間で調整される。
【０１２９】
＜初期連続メイン噴射＞
図５に示すように、高負荷運転時に行われる初期連続メイン噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側（例えばＢＴＤＣ１５°）で噴射を開始すると共に、ピストン１３の圧縮上死点よりも遅角側（例えばＢＴＤＣ２０°）で噴射を終了させる。つまり、比較的長期間に亘って低い燃料噴射率（インジェクタ２３の噴孔径を小径化したことに伴って低い燃料噴射率となっている）での燃料噴射が継続されることになる。
【０１３０】
これにより、この初期連続メイン噴射の噴射期間の初期時および終了時を除く大部分の期間では、先行して燃焼室３内に噴射された燃料が、その後に、後続して燃焼室３内に噴射される燃料の吸熱反応によって冷却されることになる。このような後続する燃料の冷却作用（自己干渉冷却作用）が継続して行われることで、燃焼室３内の燃焼場温度（噴霧が存在する領域での温度）の上昇は抑制されることになる。
【０１３１】
この初期連続メイン噴射の実行期間における冷却作用の状態について具体的に説明すると、先ず、この初期連続メイン噴射の噴射開始初期時に燃焼室３内に噴射された燃料にあっては、先行する燃料が存在していないため、この噴射開始初期時に噴射された燃料の吸熱反応による燃料の自己干渉冷却作用は生じない。その後に連続噴射された燃料にあっては、上述した如く、燃焼室３内での吸熱反応が行われることで、先行して燃焼室３内に噴射されていた燃料を冷却していくことになる。このような状態が、初期連続メイン噴射の燃料噴射率が略一定に維持されている間（初期連続メイン噴射の停止動作に伴うニードルの前進移動（閉弁方向への移動）によって燃料噴射率の低下が開始されるまでの間）継続されることになる（図５において斜線を付した期間を参照）。そして、初期連続メイン噴射の停止動作に伴うニードルの前進移動（閉弁方向への移動）が開始されると、その後に噴射される燃料の貫徹力が低下していき、飛行距離も短くなっていくため、先行して燃焼室３内に噴射されていた燃料の噴霧領域までは届かなくなり、自己干渉冷却作用は生じなくなる。このため、上述した如く、初期連続メイン噴射の噴射期間の初期時および終了時を除く大部分の期間において、自己干渉冷却作用が行われることになる。
【０１３２】
また、この初期連続メイン噴射では、総燃料噴射量が比較的多いため、その燃料の貫徹力は比較的高く、燃焼室３内の比較的広い空間（上記キャビティ１３ｂ内の外周側空間：図９においてα’で示す領域）に達している。尚、この部分では、上述した如く、上記ＥＧＲ装置によって還流された排気ガスによる燃焼温度低減効果が十分に発揮される。このように、初期連続メイン噴射で噴射された燃料は自己干渉冷却作用によって冷却されるため、着火遅れが促進されることになり、燃焼室３内の温度上昇は抑えられる。
【０１３３】
その結果、この初期連続メイン噴射で噴射された燃料の燃焼形態としては大部分が予混合燃焼となり、燃焼場での酸素不足は生じていないため、スモークの発生を抑制することができる。また、このように、スモークの発生を抑制できることからＥＧＲ率をよりいっそう高く設定することが可能となり、言い換えると、ＥＧＲ率を高く設定してもスモークが発生しない状況を得ることができ、この大量ＥＧＲに伴ってＮＯｘの発生量も大幅に削減することが可能になる。
【０１３４】
また、この初期連続メイン噴射の噴射期間においても、上述した低負荷運転時の場合と同様に、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させるための邂逅率低下動作が行われている。つまり、上記ＥＧＲ装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行されている。これら邂逅率低下動作については上述したので、ここでの説明は省略する。
【０１３５】
尚、この邂逅率低下動作としては、上述したものに限らず、インジェクタ２３からの燃料噴射時期を遅角させる動作を挙げることもできる。この場合、図５に示す各波形は遅角側に移行し、上記初期連続メイン噴射期間、拡散燃焼用燃料噴射期間も遅角側に移行することになる。このように燃料噴射タイミングを遅角側に移行させることで、燃焼室３内での燃焼温度を低下させることができる。
【０１３６】
このようにして邂逅率低下動作が行われながら初期連続メイン噴射が実行されるため、上記自己干渉冷却作用との相乗効果によって燃焼室３内の温度上昇は抑えられ、スモークの発生の抑制および大量ＥＧＲに伴うＮＯｘの発生量の削減を図ることができる。また、燃焼音の低減を図ることもできる。
【０１３７】
尚、初期連続メイン噴射での噴射量（インジェクタ２３の開弁期間に相当）や噴射期間については、例えば実験やシミュレーションによって設定される。
【０１３８】
＜拡散燃焼用メイン噴射＞
エンジン１の高負荷運転時における拡散燃焼用メイン噴射は、上記初期連続メイン噴射によって噴射された燃料が予混合燃焼した後、気筒内温度が拡散燃焼可能な温度（９００Ｋ）を超えたタイミングで燃料噴射が開始される。例えばＡＴＤＣ２２°のタイミングで噴射が行われる。そして、この拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は、その噴射の直後に順次燃焼していくといった拡散燃焼となる。
【０１３９】
この拡散燃焼用メイン噴射における燃料噴射量は上述した如く例えば５ｍｍ3に設定されている。この値はこれに限定されるものではない。尚、この拡散燃焼用メイン噴射における燃料噴射量は、例えばこの拡散燃焼時の燃焼音を予め設定された許容燃焼音以下とするように設定される。つまり、高負荷運転時における総燃料噴射量（本実施形態の場合は４０ｍｍ3）から、上述の如く設定された拡散燃焼用メイン噴射の燃料噴射量を減算して求められた残りの燃料量が上記初期連続メイン噴射によって燃焼室３内に噴射されるようになっている。
【０１４０】
拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料は、初期連続メイン噴射で噴射された燃料よりも貫徹力が低くなっているため、上記初期連続メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場（図９にα’で示す領域）まで到達することはなく、例えば図９における領域γ’で示す比較的狭小な領域（上記キャビティ１３ｂ内の内周側空間）で拡散燃焼が行われることになる。
【０１４１】
尚、上記説明では、初期連続メイン噴射の燃焼場を図９の領域α’とし、拡散燃焼の燃焼場を図９の領域γ’として、それぞれの領域が互いに独立している場合について説明したが、これら領域同士の一部分が重なり合う場合もある。
【０１４２】
また、この拡散燃焼用メイン噴射での燃焼は、拡散燃焼であるため、上述した低負荷運転時の場合と同様に、その燃料噴射タイミングを制御すれば、その燃焼に伴う熱発生率波形を制御することが可能である。
【０１４３】
上述した如く、この拡散燃焼を行うための上記拡散燃焼用メイン噴射における燃料噴射量は上記初期連続メイン噴射における燃料噴射量よりも大幅に少なく設定されている。言い換えると、この高負荷運転時に比較的多く設定される総燃料噴射量（例えば４０ｍｍ3）のうちの大部分を初期連続メイン噴射における燃料噴射量とし、拡散燃焼用メイン噴射における燃料噴射量を大幅に少なく設定している。このため、初期連続メイン噴射で噴射された燃料の燃焼（大部分が予混合燃焼）の割合を大きく確保し、拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼（拡散燃焼）の割合が大幅に小さく設定されたものとなる。このように拡散燃焼を行う燃料量を少なく設定していることによっても、スモークの発生の抑制およびＮＯｘの発生量の削減を図ることができる。
【０１４４】
尚、拡散燃焼用メイン噴射での噴射量についても、例えば実験やシミュレーションによって設定される。
【０１４５】
以上のような高負荷運転時のメイン噴射実行時における燃焼場環境の変化について図７を用いて説明する。上述した如く図７は、燃焼場のガス温度と燃焼場の当量比との変化を示すマップである。
【０１４６】
この図７に示すように、初期連続メイン噴射が開始（図７における点Ａ’）された場合、燃料噴射量が比較的多いため燃焼場の当量比は上昇していく。この際、燃焼場では初期緩慢燃焼および予混合燃焼が行われることになるが、上述した如く燃焼場内では自己干渉冷却作用が生じているため、燃焼場ガス温度の上昇は僅かである。従って、この燃焼場環境がスモーク発生領域やＮＯｘ発生領域に達することはない。
【０１４７】
その後、拡散燃焼用メイン噴射が開始されると（図７における点Ｃ’：ガス温度としては点Ｃ’まで上昇した状態から拡散燃焼を開始する）、気筒内では拡散燃焼が開始され、燃焼場の当量比がリッチ側に移行すると共にその燃料の燃焼によって燃焼場ガス温度が上昇する。この場合の拡散燃焼も、燃焼場環境がスモーク発生領域やＮＯｘ発生領域に達することはない。
【０１４８】
そして、この拡散燃焼の後半は、図７に示す如く燃焼場環境はＹ領域（ＣＯ領域）となっており、ＮＯｘやスモークの発生は抑えられる。
【０１４９】
−燃料噴射形態変更制御−
次に、上述の如くエンジン１の負荷状態に応じて燃料噴射形態を変更する制御動作について図１０のフローチャートを参照して説明する。この図１０に示すルーチンはエンジン始動後の所定時間毎、例えば、数ｍｓｅｃ毎に実行される。
【０１５０】
先ず、ステップＳＴ１において、エンジン負荷の判定動作が行われる。例えば上記クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転速度、アクセル開度センサ４７の検出信号による求められるアクセルペダルの踏み込み量等をパラメータとした負荷判定マップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことでエンジン負荷を判定するようになっている。
【０１５１】
その後、ステップＳＴ２に移り、エンジン負荷は低負荷状態であるか否かを判定する。エンジン負荷が低負荷状態であり、ステップＳＴ２でＹＥＳ判定された場合にはステップＳＴ３に移って、通常の多段分割メイン噴射を実行する。つまり、上記図４で示した、３回の分割メイン噴射を実行する。即ち、緩慢燃焼用メイン噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルを経た後に予混合燃焼用メイン噴射を開始する。また、予混合燃焼用メイン噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルを経た後に拡散燃焼用メイン噴射を開始するといった多段分割メイン噴射を実行する。
【０１５２】
一方、エンジン負荷が中負荷状態または高負荷状態であって、ステップＳＴ２でＮＯ判定された場合にはステップＳＴ４に移って、上述した自己干渉冷却作用を行わせるための分割メイン噴射（噴霧自己干渉冷却噴射）を実行する。つまり、上記図５で示した、初期連続メイン噴射と拡散燃焼用メイン噴射とで成る２回の分割メイン噴射を実行する。即ち、緩慢燃焼用メイン噴射と予混合燃焼用メイン噴射とが連続して行われる初期連続メイン噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルを経た後に拡散燃焼用メイン噴射を開始するといった分割メイン噴射を実行する。
【０１５３】
このようにして、負荷状態に応じて燃料噴射形態が変更されていく。
【０１５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、エンジン１の高負荷運転時に比較的多く設定される総燃料噴射量のうちの大部分を上記初期連続メイン噴射における燃料噴射量とし、拡散燃焼用メイン噴射における燃料噴射量を大幅に少なく設定している。また、初期連続メイン噴射で噴射された燃料の自己干渉冷却作用によって燃焼室３内での着火遅れを促進し、これによって燃焼室３内の温度上昇を抑えるようにしている。このため、初期連続メイン噴射で噴射された燃料の燃焼である予混合燃焼の割合を大きく確保し、拡散燃焼用メイン噴射で噴射された燃料の燃焼である拡散燃焼の割合が大幅に小さく設定されたものとなり、大量ＥＧＲを行ってもスモークの発生を抑制できることから、ＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制との両立を図ることができる。また、燃料噴射タイミングを遅角させることなしにＮＯｘ発生量を抑制できるため、燃料噴射タイミングを進角側に設定することによる燃焼効率の向上を図ることもできる。
【０１５５】
また、本実施形態では、ＮＯｘ発生量を大幅に削減することができるので、上記ＮＳＲ触媒７５やＤＰＮＲ触媒７６の小型化を図ることができ、また、ＮＯｘ発生量を略「０」にすることも可能であるので、上記ＮＳＲ触媒７５やＤＰＮＲ触媒７６を廃止し、それに代えて三元触媒のみを排気系６に設ける構成とすることも可能である。これによれば、ガソリンエンジンと同様の比較的構成の簡素な排気系をディーゼルエンジンにおいて実現することが可能である。
【０１５６】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態では、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【０１５７】
また、上記実施形態では、マニバータ７７として、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６を備えたものとしたが、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を備えたものとしてもよい。
【０１５８】
尚、上記実施形態では、ＥＧＲ装置として、排気マニホールド７２内の排気ガスを吸気系６に還流させる構成とした。本発明はこれに限らず、ターボチャージャ５におけるタービンホイール５２の下流側の排気ガスを吸気系６に還流させるＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）ＥＧＲ装置を採用するようにしてもよい。
【０１５９】
尚、上記実施形態では、低負荷運転時に行われる初期緩慢燃焼の開始タイミングとしてはＢＴＤＣ（ピストン１３の圧縮上死点よりも進角側）に設定していた。本発明はこれに限らず、初期緩慢燃焼の開始タイミングをＴＤＣ（ピストン１３の圧縮上死点）に設定したり、場合によっては、初期緩慢燃焼の開始タイミングをＡＴＤＣ（ピストン１３の圧縮上死点よりも遅角側）に設定するようにしてもよい。
【０１６０】
また、上述した実施形態は、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明した。本発明はこれに限らず、通電電圧値等に応じて噴射率が変更可能な可変噴射率インジェクタを搭載したエンジンに対しても適用可能である。
【０１６１】
また、上述した実施形態は、微小噴孔径のインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明した。本発明はこれに限らず、一般的な噴孔径のインジェクタを搭載したエンジンに対しても適用可能である。
【０１６２】
更に、上述した実施形態では、インジェクタ２３の噴孔径が小径化されていることに伴い、低い燃料噴射率となっているエンジン１について説明した。本発明はこれに限らず、燃料噴射圧力（コモンレール内圧）が低く設定されていることによって、低い燃料噴射率となっているエンジンに対しても適用可能である。
【０１６３】
また、上述した実施形態では、拡散燃焼用メイン噴射は１回のみの燃料噴射としていた。本発明はこれに限らず、この拡散燃焼用メイン噴射を複数回の燃料噴射としてもよい。
【０１６４】
加えて、上記実施形態におけるインジェクタ２３は１０個の噴孔を備えたものであったが、この噴孔数は任意に設定可能である。但し、所定の燃料噴射期間内に必要な燃料噴射量を確保できるように噴孔数を設定する必要がある。特に、微小噴孔径のインジェクタにあっては、噴孔数を多めに（例えば１０個以上に）設定しておく必要がある。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおける燃料噴射制御に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１６６】
１        エンジン（内燃機関）
１３      ピストン
３        燃焼室
２３      インジェクタ（燃料噴射弁）
６        吸気系
６２      スロットルバルブ（吸気絞り弁）
７        排気系
８        ＥＧＲ通路
８１      ＥＧＲバルブ
８２      ＥＧＲクーラ
【図１】
2011048676.tif 000003
【図２】
2011048676.tif 000004
【図３】
2011048676.tif 000005
【図４】
2011048676.tif 000006
【図５】
2011048676.tif 000007
【図６】
2011048676.tif 000008
【図７】
2011048676.tif 000009
【図８】
2011048676.tif 000010
【図９】
2011048676.tif 000011
【図１０】
2011048676.tif 000012
【図１１】
2011048676.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月7日(2011.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、内燃機関運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための燃料噴射である主噴射として多段分割主噴射が実行可能な構成とされた燃料噴射弁を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置において、
内燃機関の低負荷運転時、初期緩慢燃焼、予混合燃焼および拡散燃焼のそれぞれに対応する燃料噴射を、互いに独立した多段分割主噴射として順に実行する一方、
内燃機関の高負荷運転時、上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態で、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間連続する連続主噴射を実行し、この連続主噴射により噴射された燃料の吸熱反応によって燃焼室内において噴霧冷却作用を生じさせて予混合燃焼を行わせ、上記連続主噴射が終了した後、拡散燃焼を行わせるための拡散燃焼用主噴射を実行するとともに、上記連続主噴射による燃料噴射量が、上記拡散燃焼用主噴射による燃料噴射量よりも多く設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
上記請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させる邂逅率低下動作を行いながら、上記連続主噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
上記請求項６記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記邂逅率低下動作としては、上記排気還流装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行されることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
上記請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記連続主噴射の実行による上記予混合燃焼から、その後の上記拡散燃焼用主噴射の実行による上記拡散燃焼に亘る燃焼期間において、熱発生率が上昇から下降に転じるタイミングがピストンの圧縮上死点よりも遅角側において１箇所のみに存在するように燃料噴射制御を実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項９】
上記請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態での排気還流率は２０％以上、好ましくは３０％以上に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１０】
上記請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁は、開弁時における燃料噴射率が所定噴射率以下になるよう噴孔径が小径化されたものであることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
燃焼制御装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
［００１４］
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘って燃料の主噴射を連続して実行することで、その期間内（連続主噴射期間内）に噴射される燃料噴霧内での冷却作用を促進させ、着火遅れの促進によって予混合燃焼の割合を増大させるようにしている。
［００１５］
−解決手段−
具体的に、本発明は、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、内燃機関運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための燃料噴射である主噴射として多段分割主噴射が実行可能な構成とされた燃料噴射弁を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置を前提としている。この内燃機関の燃焼制御装置に対し、内燃機関の低負荷運転時、初期緩慢燃焼、予混合燃焼および拡散燃焼のそれぞれに対応する燃料噴射を、互いに独立した多段分割主噴射として順に実行する一方、内燃機関の高負荷運転時、上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態で、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間連続する連続主噴射を実行し、この連続主噴射により噴射された燃料の吸熱反応によって燃焼室内において噴霧冷却作用を生じさせて予混合燃焼を行わせ、上記連続主噴射が終了した後、拡散燃焼を行わせるための拡散燃焼用主噴射を実行するとともに、上記連続主噴射による燃料噴射量を、上記拡散燃焼用主噴射による燃料噴射量よりも多く設定するようにしている。
［００１６］
上記特定事項により、上記連続主噴射の噴射期間のうちの大部分の期間では、先行して燃焼室内に噴射された燃料が、その後に、後続して燃焼室内に噴射された燃料の吸熱反応によって冷却されることになる。このような後続する燃料による冷却作用（以下、自己干渉冷却作用と呼ぶ場合もある
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
）が継続して行われることで、燃焼室内の燃焼場温度（噴霧が存在する領域での温度）の上昇は抑制されることになる。このため、この噴射期間で噴射された燃料の燃焼形態としては大部分が予混合燃焼となり、燃焼場での酸素不足は生じていないため、スモークの発生を抑制することができる。また、このような自己干渉冷却作用によってスモークの発生を抑制できることから上記排気還流装置によるＥＧＲ率をよりいっそう高く設定する（大量ＥＧＲ：例えばＥＧＲ率を２０％以上にする）ことが可能となる。つまり、ＥＧＲ率を高くしてもスモークが発生しない状況を得ることができ、この大量ＥＧＲに伴ってＮＯｘの発生量も大幅に削減することが可能になる。
［００１７］
一方、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間に連続して連続主噴射が実行された後には、拡散燃焼を行わせるための拡散燃焼用主噴射が実行される。つまり、この燃料の燃焼形態は、噴射後に直ちに燃焼を開始する拡散燃焼となる。この拡散燃焼時においても、上述した如く、連続主噴射での自己干渉冷却作用によって燃焼室内温度の過上昇は抑えられているため、この拡散燃焼時においてもＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立できる。
［００１８］
また、上記予混合燃焼を行わせるための連続主噴射と、拡散燃焼を行わせるための拡散燃焼用主噴射との間に燃料噴射停止期間を設けていることで、燃焼期間中における熱発生率のピーク値を低く抑えることができ、燃焼音の抑制を図ることも可能である。
［００１９］
［００２０］
また、内燃機関の低負荷運転時には、上記多段分割噴射を行うことで、熱発生率のピ
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ーク値を低く抑え、燃焼音の抑制を図っている。
［００２１］
［００２２］
更に、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間に燃料噴射（連続主噴射）を連続して実行したことで、効果的な自己干渉冷却作用を発揮させることができ、また、噴射期間を進角させた場合に懸念されるＨＣの発生量の増大や、噴射期間を遅角させた場合に懸念される内燃機関のトルク不足を招くこともなくなる。
［００２３］
［００２４］
また、このように連続主噴射及び拡散燃焼用主噴射での燃料噴射量を設定してそれぞれの貫徹力を異ならせることで、上記拡散燃焼での燃焼場は、上記予混合燃焼での燃焼場とは異なる領域となる。このため、拡散燃焼の燃焼場での酸素不足を回避することができ、この拡散燃焼でのスモークの発生をより確実に抑制することができる。
［００２５］
スモークおよびＮＯｘの発生を抑制するための補助的な動作として以下の
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
動作を行うことが好ましい。つまり、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させる邂逅率低下動作を行いながら、上記連続主噴射を実行するものである。
［００２６］
ここで、上記「気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率」とは、気筒内において酸素分子と燃料粒子とが所謂「出会う（化学反応を行う）」確率（頻度）であって、この邂逅率が高いほど、気筒内での化学反応が進み、熱発生率の増大に伴って気筒内温度も上昇していくことになる。つまり、上述の如く邂逅率を低下させる動作を行えば、たとえ、気筒内の一部の領域（例えば燃焼室内中央部の狭小領域）における酸素分子の量が少ない場合や燃料粒子の量が多い場合であっても、上記化学反応の進行度は低く、気筒内を低温度（例えば８００Ｋ程度）で燃焼を順次行わせることが可能になる。例えば気筒内の単位容積当たりにおける酸素分子と燃料粒子との衝突回数を抑制したり、酸素分子の運動量を抑制することで上記予混合燃焼が実現できる。
［００２７］
このように気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率が低下した状態で予混合燃焼が行われるので、単位時間当たりの熱発生量である熱発生率は比較的小さく、これによってもスモークおよびＮＯｘの発生を抑制することが可能となる。
［００２８］
上記邂逅率低下動作として好ましくは、上記排気還流装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行されるようにしている。
［００２９］
これら動作により、吸気中の酸素濃度を低下させたり、吸気量を低下させたり、気筒内での酸素分子や燃料粒子の運動エネルギを低下させたりすることで、上記邂逅率が効果的に低下し、上記予混合燃焼を容易に実現することが可能になる。
［００３０］
また、上記予混合燃焼から拡散燃焼に亘る燃焼期間において熱発生率が上昇から下降に転じるタイミングがピストンの圧縮上死点よりも遅角側にお
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
いて１箇所のみに存在するように燃料噴射制御を実行する構成とすることが好ましい。つまり、各燃焼を連続させることで安定したトルクを得ることができるような燃料噴射制御を実行するものである。
［００３１］
また、上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態での排気還流率は２０％以上、好ましくは３０％以上に設定されている。このように比較的高い排気還流率とすることでＮＯｘの発生量を大幅に削減することが可能となる。
［００３２］
更に、上記燃料噴射弁は、開弁時における燃料噴射率が所定噴射率以下になるよう噴孔径が小径化されたものであることが好ましい。このように噴孔径を小径化した場合、噴霧が微粒化されることによって燃焼性が改善し、例えばＨＣの発生量を抑制することができる。但し、燃料噴射期間の長期化を招く可能性がある。この場合に、上述した如く自己干渉冷却作用が得られるような燃料噴射制御を行うことで、着火遅れの促進によって予混合燃焼の割合を増大させることができ、ＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立することが可能になる。
［発明の効果］
［００３３］
本発明では、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間、連続した燃料噴射を実行することで、その期間内に噴射される燃料噴霧内での冷却作用を促進させ、着火遅れの促進によって予混合燃焼の割合を増大させるようにしている。これにより、ＮＯｘ発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立することが可能になり、排気エミッションの改善を図ることができる。
［図面の簡単な説明］
［００３４］
［図１］図１は、実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。
［図２］図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
［図３］図３は、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【国際調査報告】
2011048676.tif 000014
2011048676.tif 000015